JPH01201067A - 耐摩耗性複合体 - Google Patents
耐摩耗性複合体Info
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- JPH01201067A JPH01201067A JP63025924A JP2592488A JPH01201067A JP H01201067 A JPH01201067 A JP H01201067A JP 63025924 A JP63025924 A JP 63025924A JP 2592488 A JP2592488 A JP 2592488A JP H01201067 A JPH01201067 A JP H01201067A
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Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、耐摩耗性材料、特に、固体微粒子の衝突によ
る摩耗（エロージョン摩耗）に対して優れたセラミック
ス複合体に関するものである。
る摩耗（エロージョン摩耗）に対して優れたセラミック
ス複合体に関するものである。
タービンのブレードのような高速回転体は、大気中の浮
遊粉塵であるＳｉＯ□微粒子によって摩耗する。また、
石炭粉塵による摩耗により、石炭使用プラントは大きな
障害を受けている。このようなエロージョン摩耗に対し
て優れた材料は、硬いことが望ましいことは知られてい
る。硬い材料の中でもセラミックスとしては、Ｂｓ Ｃ
，Ｓ ｉ Ｃ１Ａ２□Ｏ，、Ｓｉ、Ｎ４等があり、Ｂａ
Ｃ，ＳｉＣとは特に硬い材料として、Ａｌｔｏ３は硬さ
が比較的大きいと同時に低価格の材料として知られてい
る。これらの材料の耐摩耗性は、通常、摩耗した材料の
体積と衝突させた微粒子（砥粒）の体積の比（これを摩
耗率（ｃ這／ ａ＋７ ）という。）で評価される。
遊粉塵であるＳｉＯ□微粒子によって摩耗する。また、
石炭粉塵による摩耗により、石炭使用プラントは大きな
障害を受けている。このようなエロージョン摩耗に対し
て優れた材料は、硬いことが望ましいことは知られてい
る。硬い材料の中でもセラミックスとしては、Ｂｓ Ｃ
，Ｓ ｉ Ｃ１Ａ２□Ｏ，、Ｓｉ、Ｎ４等があり、Ｂａ
Ｃ，ＳｉＣとは特に硬い材料として、Ａｌｔｏ３は硬さ
が比較的大きいと同時に低価格の材料として知られてい
る。これらの材料の耐摩耗性は、通常、摩耗した材料の
体積と衝突させた微粒子（砥粒）の体積の比（これを摩
耗率（ｃ這／ ａ＋７ ）という。）で評価される。
上記のセラミックスについて、衝突させる砥粒をＳｉＣ
とし、その大きさを約５００μｍ、砥粒の衝突速度を２
５０〜３００ｍ／秒、衝突角度を８０°で試験したとこ
ろ、その摩耗率はＢ４Ｃ：２７Ｘ １０−’ｃｕｆ／ｃ
ｎｆ、 Ｓ ｉｃ ： １８Ｘ１０−’ｃａｌ／ｃｉ、
Ａｌｌ Ｏｗｌ ： ３９〜４５ Ｘ Ｉ Ｏ−’
ｃＵ／ｃｒＡ、 Ｓｌ ３ Ｎ４ ： ２７〜５９
Ｘ １０−’Ｃｎｌ／ｃ＋１１であった。
とし、その大きさを約５００μｍ、砥粒の衝突速度を２
５０〜３００ｍ／秒、衝突角度を８０°で試験したとこ
ろ、その摩耗率はＢ４Ｃ：２７Ｘ １０−’ｃｕｆ／ｃ
ｎｆ、 Ｓ ｉｃ ： １８Ｘ１０−’ｃａｌ／ｃｉ、
Ａｌｌ Ｏｗｌ ： ３９〜４５ Ｘ Ｉ Ｏ−’
ｃＵ／ｃｒＡ、 Ｓｌ ３ Ｎ４ ： ２７〜５９
Ｘ １０−’Ｃｎｌ／ｃ＋１１であった。
これらの摩耗率は多くのセラミックス材料の中では優れ
たものであるが、粉塵排気装置などの高速回転体では、
より摩耗率の少ない材料が望まれている。
たものであるが、粉塵排気装置などの高速回転体では、
より摩耗率の少ない材料が望まれている。
従来、耐摩耗性を向上させた材料として、Ａｆ。
０３をマトリックスとし、ＳｉＣ粒子を分散材とした複
合体が知られている（中手 敦、新原皓−１平井敏雄、
Ａｌ２Ｏ２ｓｉｃ？１合材料の微細構造と機械的性質、
窯業協会誌９４ （８Ｌ ７６７−７７２．１９８６）
。しかし、この複合体は、ＳｉＣ粒子として約２〜８μ
ｍの大きな粒子を用いており、その最大添加量は約３０
体積％であり、耐エロージヨン摩耗の問題を解決してい
ない。
合体が知られている（中手 敦、新原皓−１平井敏雄、
Ａｌ２Ｏ２ｓｉｃ？１合材料の微細構造と機械的性質、
窯業協会誌９４ （８Ｌ ７６７−７７２．１９８６）
。しかし、この複合体は、ＳｉＣ粒子として約２〜８μ
ｍの大きな粒子を用いており、その最大添加量は約３０
体積％であり、耐エロージヨン摩耗の問題を解決してい
ない。
〔第１発明の説明〕
本第１発明（特許請求の範囲に記載された発明）は、固
体微粒子の衝突によるエロージョン摩耗等の摩耗に対し
て優れた実用材料を提供しようとするものである。
体微粒子の衝突によるエロージョン摩耗等の摩耗に対し
て優れた実用材料を提供しようとするものである。
本第１発明の耐摩耗性複合体は、平均粒径０．５〜２．
０μｍの炭化珪素粒子２０〜５０体積％と、残部アルミ
ナとからなり、その相対密度が９８％以上であることを
特徴とするものである。
０μｍの炭化珪素粒子２０〜５０体積％と、残部アルミ
ナとからなり、その相対密度が９８％以上であることを
特徴とするものである。
本第１発明の複合体は、硬さが大きいと共に靭性にも優
れており、耐エロージヨン摩耗性等の耐摩耗性に優れて
いる。また、本第１発明の複合体は、エロージョン摩耗
のみならず、摩擦７耗や研削的摩耗にも優れるものであ
る。このような優れた特性を有する本第１発明の複合体
は、タービンブレード等の高速回転体、あるいは石炭使
用プラントの材料等に利用することができる。
れており、耐エロージヨン摩耗性等の耐摩耗性に優れて
いる。また、本第１発明の複合体は、エロージョン摩耗
のみならず、摩擦７耗や研削的摩耗にも優れるものであ
る。このような優れた特性を有する本第１発明の複合体
は、タービンブレード等の高速回転体、あるいは石炭使
用プラントの材料等に利用することができる。
〔第２発明の説明〕
以下、本第１発明を具体的にした発明（本第２発明とす
る。）を説明する。
る。）を説明する。
本第２発明にかかる複合体は、炭化珪素（ＳｉＣ）粒子
とアルミナ（Ａｆｆｉ２０３）とからなるものであり、
望ましい形態は、Ａ２□０．中にＳＩＣ粒子が分散して
いる状態である。このＳｉＣ粒子の分散が均一であるほ
ど、複合体の耐摩耗性が向上する。
とアルミナ（Ａｆｆｉ２０３）とからなるものであり、
望ましい形態は、Ａ２□０．中にＳＩＣ粒子が分散して
いる状態である。このＳｉＣ粒子の分散が均一であるほ
ど、複合体の耐摩耗性が向上する。
上記ＳｉＣ粒子の平均粒径は、０．５〜２．０μｍの範
囲から選択する。この平均粒径を上記範囲にする理由は
、以下に示すように、本発明の複合体を製造する際の問
題のためである。
囲から選択する。この平均粒径を上記範囲にする理由は
、以下に示すように、本発明の複合体を製造する際の問
題のためである。
本発明の複合体は、ＡｌｚＯｚ粉末とＳｉＣ粉末とを混
合し、この混合物を焼結することにより製造することが
できる。混合物の焼結において、焼結するのはＡｌｔＯ
ｚであって、ＳｉＣは焼結を阻害する。このため、Ｓｉ
Ｃの粒径は緻密な複合体を得るために重要な因子である
。ＳｉＣの粒径が小さいと、ＳｉＣの量が同じでもＡｌ
ｚＯ＊の焼結を阻害することが増える。このためＳｉＣ
粒子の平均粒径の下限は０．５μｍに限定される。
合し、この混合物を焼結することにより製造することが
できる。混合物の焼結において、焼結するのはＡｌｔＯ
ｚであって、ＳｉＣは焼結を阻害する。このため、Ｓｉ
Ｃの粒径は緻密な複合体を得るために重要な因子である
。ＳｉＣの粒径が小さいと、ＳｉＣの量が同じでもＡｌ
ｚＯ＊の焼結を阻害することが増える。このためＳｉＣ
粒子の平均粒径の下限は０．５μｍに限定される。
この平均粒径が０．５μｍより実質的に小さくなると、
ホットプレス法やＨＩＰ法によってもＳｉＣを５０体積
％含有する複合体を相対密度９８％以上に緻密にするこ
とができない。また、ＳｉＣの粒径が大きすぎると、Ｓ
ｉＣ粒子同志が接触したブリッヂが形成され、その中間
にＡ１２０ｚが入りにくくなるので、緻密に焼結しにく
くなる。そのため、その上限は２μｍとする。
ホットプレス法やＨＩＰ法によってもＳｉＣを５０体積
％含有する複合体を相対密度９８％以上に緻密にするこ
とができない。また、ＳｉＣの粒径が大きすぎると、Ｓ
ｉＣ粒子同志が接触したブリッヂが形成され、その中間
にＡ１２０ｚが入りにくくなるので、緻密に焼結しにく
くなる。そのため、その上限は２μｍとする。
ところで、セラミックスの硬さは測定する荷重や読み取
り装置の倍率によって変化するので、一義的に定まらな
い。しかし、ＳｉＣの硬さは、通常２７〜３０ＯＮｍ−
”、Ａｌ２Ｏ：ｌの硬さは１７〜２０ＯＮｍ−”である
。そして、複合体の硬さは一般に定性的には加成性が成
立するので、複合体の硬さはＳｉＣの添加割合が増すに
つれて大きくなる。また、ＳｉＣは破壊におけるクラン
ク進展の障害物となって複合体の靭性を大きくする作用
をなす。このため、ＳｉＣの含有量は、耐エロージヨン
摩耗性と密接に関係している。
り装置の倍率によって変化するので、一義的に定まらな
い。しかし、ＳｉＣの硬さは、通常２７〜３０ＯＮｍ−
”、Ａｌ２Ｏ：ｌの硬さは１７〜２０ＯＮｍ−”である
。そして、複合体の硬さは一般に定性的には加成性が成
立するので、複合体の硬さはＳｉＣの添加割合が増すに
つれて大きくなる。また、ＳｉＣは破壊におけるクラン
ク進展の障害物となって複合体の靭性を大きくする作用
をなす。このため、ＳｉＣの含有量は、耐エロージヨン
摩耗性と密接に関係している。
本第２発明において、複合体中のＳｉＣの含有量は、２
０〜５０体積％とする。ＳｉＣの含有量が２０体積％未
満では、耐エロージヨン摩耗性の改善が不十分なためで
ある。ＳｉＣの含有量が５０体積％を越える場合には、
緻密な焼結体が得られず、複合体の耐摩耗性が低下して
しまう。
０〜５０体積％とする。ＳｉＣの含有量が２０体積％未
満では、耐エロージヨン摩耗性の改善が不十分なためで
ある。ＳｉＣの含有量が５０体積％を越える場合には、
緻密な焼結体が得られず、複合体の耐摩耗性が低下して
しまう。
なお、ＳｉＣには、α型、β型の２種類の結晶形がある
が、本発明においては、α型でもβ型でもどちらでもよ
く、また、両者の混合したものでもよい。
が、本発明においては、α型でもβ型でもどちらでもよ
く、また、両者の混合したものでもよい。
また、本第２発明にかかる複合体の相対密度は９８％以
上とする。これは、相対密度が９８％未満になると、た
とえＳｉＣの含有量が４０〜５０体積％と多くても、硬
さが十分大きくならず、その結果、優れた耐エロージヨ
ン性が得られないためである。
上とする。これは、相対密度が９８％未満になると、た
とえＳｉＣの含有量が４０〜５０体積％と多くても、硬
さが十分大きくならず、その結果、優れた耐エロージヨ
ン性が得られないためである。
なお、本第２発明の複合体中には、製造時に用いた５ｉ
Ｏｚやアルカリ土類金属の酸化物やそれらの混合物等、
通常のＡ２□０３の焼結助剤が含まれていてもよい。
Ｏｚやアルカリ土類金属の酸化物やそれらの混合物等、
通常のＡ２□０３の焼結助剤が含まれていてもよい。
次に、本発明にかかる複合体の製造方法としては、Ａｌ
ｚＯｘ粉末とＳｉＣ粉末とを混合し、その後この混合物
を焼結する方法がある。
ｚＯｘ粉末とＳｉＣ粉末とを混合し、その後この混合物
を焼結する方法がある。
上記両粉末の混合は、所定量のＡｌｔｏｓ粉末とＳｉＣ
粉末とを秤量し、常法により混合・乾燥する。Ａ１．ｚ
ＯｓもＳｉＣも水に対して不活性であるから、混合に当
たってＳｉ３Ｎ４などのように混合溶媒としてアルコー
ルを用いたりする必要はなく、水で十分である。乾燥は
乾燥器を用いてもよいが、通常はスプレードライヤを用
いる。乾燥された混合粉体は、通常の焼結法、ホットプ
レス法、あるいはＨＩＰ法、ガス圧焼結法等、及びこれ
らの方法の組み合わせにより緻密に焼結させる。ただし
、この混合粉体は、後述するように焼結しにくいので、
特に好ましくは、ホットプレス法あるいはＨＩＰ法で焼
結するのがよい。
粉末とを秤量し、常法により混合・乾燥する。Ａ１．ｚ
ＯｓもＳｉＣも水に対して不活性であるから、混合に当
たってＳｉ３Ｎ４などのように混合溶媒としてアルコー
ルを用いたりする必要はなく、水で十分である。乾燥は
乾燥器を用いてもよいが、通常はスプレードライヤを用
いる。乾燥された混合粉体は、通常の焼結法、ホットプ
レス法、あるいはＨＩＰ法、ガス圧焼結法等、及びこれ
らの方法の組み合わせにより緻密に焼結させる。ただし
、この混合粉体は、後述するように焼結しにくいので、
特に好ましくは、ホットプレス法あるいはＨＩＰ法で焼
結するのがよい。
前記の混合粉体の焼結において、Ａ２□０３は焼結過程
で粒成長をするが、ＳｉＣは粒成長せずに、複合体中に
原料と同じＳｉＣ粒子として存在する。このため、複合
体中のＳｉＣ粒子の平均粒径は、出発原料のＳｉＣ粉末
の平均粒径０．５〜２μｍと同じである。
で粒成長をするが、ＳｉＣは粒成長せずに、複合体中に
原料と同じＳｉＣ粒子として存在する。このため、複合
体中のＳｉＣ粒子の平均粒径は、出発原料のＳｉＣ粉末
の平均粒径０．５〜２μｍと同じである。
また、Ａ２□０３粉末は、ＳｉＣ粒子を２０〜５０体積
％含む緻密な複合体が得られるものであればよく、特に
限定される必要はないが、焼結しやすい原料であること
は好ましい条件あるので、ＡｆｆｚＯ３の平均粒径は１
μｍ以下であることが望ましい。耐エロージヨン摩耗性
に化学的純度は顕著に影響しないため、Ａｊ２． Ｏ，
は普通純度のもので十分である。また、Ａ２□０３の焼
結を助けるために、通常のＡ ｌ ｚ Ｏｓの焼結助剤
であるＳｉＯ□やアルカリ土類金属の酸化物やそれらの
複合体を適量加えてもよい。
％含む緻密な複合体が得られるものであればよく、特に
限定される必要はないが、焼結しやすい原料であること
は好ましい条件あるので、ＡｆｆｚＯ３の平均粒径は１
μｍ以下であることが望ましい。耐エロージヨン摩耗性
に化学的純度は顕著に影響しないため、Ａｊ２． Ｏ，
は普通純度のもので十分である。また、Ａ２□０３の焼
結を助けるために、通常のＡ ｌ ｚ Ｏｓの焼結助剤
であるＳｉＯ□やアルカリ土類金属の酸化物やそれらの
複合体を適量加えてもよい。
以下、本発明の詳細な説明する。
実施例１
第１表に示すように、平均粒径が異なる６種のＳｉＣ粉
末粉末５槓 径０．４μｍ）５０体積％とを常法により混合・乾燥し
た混合粉末を温度１８５０°Ｃ１圧力２５ＭＮｍ−”、
加圧時間１時間の条件でホットプレスした。
末粉末５槓 径０．４μｍ）５０体積％とを常法により混合・乾燥し
た混合粉末を温度１８５０°Ｃ１圧力２５ＭＮｍ−”、
加圧時間１時間の条件でホットプレスした。
得られた複合体中のＳｉＣは、上記出発原料として用い
たＳｉＣ粉末の平均粒径と同じ平均粒径の粒子として存
在していた。得られた複合体について、ＳｉＣ砥粒によ
るエロージョン試験を行った。砥粒は平均５００μｍの
大きさのものを用い、その衝突条件は速度２５０〜３０
０ｍ／秒、角度８０°とした。その結果を第１表に示す
。
たＳｉＣ粉末の平均粒径と同じ平均粒径の粒子として存
在していた。得られた複合体について、ＳｉＣ砥粒によ
るエロージョン試験を行った。砥粒は平均５００μｍの
大きさのものを用い、その衝突条件は速度２５０〜３０
０ｍ／秒、角度８０°とした。その結果を第１表に示す
。
複合体中のＳｉＣ粒子の平均粒径が０．２８μｍ、０、
４８μｍと０．５μｍより小さい場合（試料ＮαＣ１、
Ｃ２）には、相対密度が９８％に達せず、このため、ビ
ッカース硬さが小さく、エロージョン摩耗率が大きくな
った。また、ＳｉＣ粒子の平均粒径が３．０μｍと大き
い場合（試料Ｎｏ、Ｃ３）にも、相対密度が９７％と低
くなり、硬さが低下し、エロージョン摩耗率も大きくな
った。これに対して、ＳｉＣ粒子の平均粒径が０．６５
μｍ、１．０ ｕ ｍ、２．０μｍの場合（試料Ｎα１
〜３）は、いずれも相対密度が９８％以上で、硬さも大
きく、耐エロージヨン摩耗性も良好であった。
４８μｍと０．５μｍより小さい場合（試料ＮαＣ１、
Ｃ２）には、相対密度が９８％に達せず、このため、ビ
ッカース硬さが小さく、エロージョン摩耗率が大きくな
った。また、ＳｉＣ粒子の平均粒径が３．０μｍと大き
い場合（試料Ｎｏ、Ｃ３）にも、相対密度が９７％と低
くなり、硬さが低下し、エロージョン摩耗率も大きくな
った。これに対して、ＳｉＣ粒子の平均粒径が０．６５
μｍ、１．０ ｕ ｍ、２．０μｍの場合（試料Ｎα１
〜３）は、いずれも相対密度が９８％以上で、硬さも大
きく、耐エロージヨン摩耗性も良好であった。
実施例２
第２表に示すような配合割合で、平均粒径が０゜６５μ
ｍのＳｉＣ粉末と、残部Ａ１２ｏｚ粉末（平均粒径０．
４μｍ）とを常法により混合・乾燥した混合粉末を、温
度１８５０°Ｃ１圧力３０ＭＮｍ″′、加圧時間２時間
の条件でホットレスした。
ｍのＳｉＣ粉末と、残部Ａ１２ｏｚ粉末（平均粒径０．
４μｍ）とを常法により混合・乾燥した混合粉末を、温
度１８５０°Ｃ１圧力３０ＭＮｍ″′、加圧時間２時間
の条件でホットレスした。
得られた複合体中のＳｉＣは、平均粒径が０．６５μｍ
の粒子として存在していた。
の粒子として存在していた。
また、得られた複合体について、実施例１と同じ条件で
エロージョン試験を行った。その結果を第２表に示す。
エロージョン試験を行った。その結果を第２表に示す。
ＳｉＣの配合量が０．１０体積％の場合（試料ＮαＣ４
、Ｃ５）には、相対密度が９９．５％と十分に緻密化し
ているが、硬さ、靭性とも十分大きくなく、エロージョ
ン摩耗率は大きかった。また、ＳｉＣの配合量が５５体
積％の場合（試料Ｎ（ＬＣ６）には、緻密に終結せず、
このため硬さも小さく、耐エロージヨン摩耗性も劣るも
のであった。これに対し、ＳｉＣの配合量が２０．３０
．４０．５０体積％の場合（試料Ｎα４．５．６．７）
には、いずれも相対密度が９８％以上に緻密化し、靭性
も大きく、耐エロージヨン摩耗性も優れている。
、Ｃ５）には、相対密度が９９．５％と十分に緻密化し
ているが、硬さ、靭性とも十分大きくなく、エロージョ
ン摩耗率は大きかった。また、ＳｉＣの配合量が５５体
積％の場合（試料Ｎ（ＬＣ６）には、緻密に終結せず、
このため硬さも小さく、耐エロージヨン摩耗性も劣るも
のであった。これに対し、ＳｉＣの配合量が２０．３０
．４０．５０体積％の場合（試料Ｎα４．５．６．７）
には、いずれも相対密度が９８％以上に緻密化し、靭性
も大きく、耐エロージヨン摩耗性も優れている。
なお、前記の実施例１．２において、衝突する粒子とし
ては、平均粒径５００μｍのＳｉＣ砥粒を用いたが、砥
粒の大きさが異なっても、砥粒としてＡｎｔ Ｏ３、ム
ライト等を用いても耐エロージヨン性の傾向は同じであ
った。
ては、平均粒径５００μｍのＳｉＣ砥粒を用いたが、砥
粒の大きさが異なっても、砥粒としてＡｎｔ Ｏ３、ム
ライト等を用いても耐エロージヨン性の傾向は同じであ
った。
Claims (1)
- 平均粒径０．５〜２．０μｍの炭化珪素粒子２０〜５
０体積％と、残部アルミナとからなり、その相対密度が
９８％以上であることを特徴とする耐摩耗性複合体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63025924A JPH01201067A (ja) | 1988-02-05 | 1988-02-05 | 耐摩耗性複合体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63025924A JPH01201067A (ja) | 1988-02-05 | 1988-02-05 | 耐摩耗性複合体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01201067A true JPH01201067A (ja) | 1989-08-14 |
Family
ID=12179324
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63025924A Pending JPH01201067A (ja) | 1988-02-05 | 1988-02-05 | 耐摩耗性複合体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01201067A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5648303A (en) * | 1994-02-25 | 1997-07-15 | Kyocera Corporation | Non-magnetic ceramics for recording/reproducing heads and method of producing the same |
| JPWO2018155374A1 (ja) * | 2017-02-23 | 2019-02-28 | 住友大阪セメント株式会社 | 複合焼結体、静電チャック部材、および静電チャック装置 |
-
1988
- 1988-02-05 JP JP63025924A patent/JPH01201067A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5648303A (en) * | 1994-02-25 | 1997-07-15 | Kyocera Corporation | Non-magnetic ceramics for recording/reproducing heads and method of producing the same |
| JPWO2018155374A1 (ja) * | 2017-02-23 | 2019-02-28 | 住友大阪セメント株式会社 | 複合焼結体、静電チャック部材、および静電チャック装置 |
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